9.2法拉第电磁感应定律自感和涡流.ppt
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1、一、感应电动势一、感应电动势1定义:定义:在在 现象中产生的电动势产生电动势现象中产生的电动势产生电动势 的那部分导体相当于电源,其电阻相当于电源的内阻的那部分导体相当于电源,其电阻相当于电源的内阻2产生条件:产生条件:无论电路是否闭合,只要穿过电路的无论电路是否闭合,只要穿过电路的 发发 生变化,电路中就一定产生感应电动势生变化,电路中就一定产生感应电动势磁通量磁通量电磁感应电磁感应3感应电流与感应电动势的关系感应电流与感应电动势的关系(1)在等效电源内部电流由在等效电源内部电流由 极流向极流向 极极(2)遵守遵守 定律,即定律,即I .二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律1法拉第电
2、磁感应定律法拉第电磁感应定律(1)内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的 成正比成正比(2)公式:公式:.负负正正闭合电路欧姆闭合电路欧姆磁通量的变化率磁通量的变化率En2导体切割磁感线的情形导体切割磁感线的情形(1)一般情况:运动速度一般情况:运动速度v和磁感线方向夹角为和磁感线方向夹角为,则,则E .(2)常见情况:运动速度常见情况:运动速度v和磁感线方向垂直,则和磁感线方向垂直,则E .(3)导体棒在磁场中转动:导体棒以端点为轴,在匀强磁场导体棒在磁场中转动:导体棒以端点为轴,在匀强磁场 中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势中垂直
3、于磁感线方向匀速转动产生感应电动势EBl (平均速度取中点位置线速度平均速度取中点位置线速度 l)BLvsinBLvBl2 En 往往用来求往往用来求t时间内的平均感应电动时间内的平均感应电动 势,而势,而E Blvsin常用来求瞬时电动势,但两公式又是常用来求瞬时电动势,但两公式又是 统一的统一的三、自感现象三、自感现象1概念:概念:由于线圈本身的电流发生由于线圈本身的电流发生 而产生的电磁感应而产生的电磁感应 现象现象变化变化2自感电流:自感电流:在自感现象中产生的感应电流总是在自感现象中产生的感应电流总是 原原 电流的变化电流的变化阻碍阻碍3自感电动势:自感电动势:在在 现象中产生的感应
4、电动势现象中产生的感应电动势(1)大小表达式:大小表达式:E .(其中其中 为电流变化率,为电流变化率,L为自感为自感 系数系数)(2)自感系数自感系数 影响因素:影响因素:、单位:亨利单位:亨利(H);1 H mH H.自感自感L线圈匝数线圈匝数横截面积横截面积有无铁芯有无铁芯103106四、涡流四、涡流1概念:概念:发生电磁感应时,导体中产生的像水的旋涡样的发生电磁感应时,导体中产生的像水的旋涡样的 感应电流感应电流2产生原因:产生原因:变化的电流产生变化的电流产生 ,激发出,激发出 ,形成感应电流形成感应电流变化的磁场变化的磁场感生电场感生电场1感应电动势的大小决定于穿过回路的磁通量的变
5、化率感应电动势的大小决定于穿过回路的磁通量的变化率 ,而与磁通量而与磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量的大小没有必然联的大小没有必然联 系系2磁通量的变化率磁通量的变化率 是是t图象上某点切线的斜率图象上某点切线的斜率3若若 恒定,则恒定,则E不变用不变用En 所求的感应电动势为整所求的感应电动势为整 个回路的感应电动势,而不是回路中某部分导体的电动势个回路的感应电动势,而不是回路中某部分导体的电动势4磁通量的变化常由磁通量的变化常由B的变化或的变化或S的变化两种情况引起的变化两种情况引起(1)当当仅由仅由B的变化引起时,的变化引起时,EnS .(2)当当仅由仅由S的变化引起时,的变化引起
6、时,EnB .1很大,很大,可能很小,可能很小,很小,很小,可能很大,感应电可能很大,感应电 动势的大小由动势的大小由 决定决定2计算通过导体截面积的电荷量时,要用电流或电动势的计算通过导体截面积的电荷量时,要用电流或电动势的 平均值即平均值即q t t ,q大小与大小与有关有关 1下列说法正确的是下列说法正确的是()A线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电 动势一定越大动势一定越大 B线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动 势一定越大势一定越大 C线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应线圈处在磁场越强的位置
7、,线圈中产生的感应 电动势一定越大电动势一定越大 D线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应 电动势越大电动势越大解析:解析:A、B两项显然违背法拉第电磁感应定律内容对于两项显然违背法拉第电磁感应定律内容对于C项,磁感应强度越大,线圈的磁通量不一定大,项,磁感应强度越大,线圈的磁通量不一定大,也不也不一定大,一定大,更不一定大,故更不一定大,故C错只有错只有D项,磁通量变化项,磁通量变化得快,即得快,即 大,由于大,由于En 可知,选项可知,选项D正确正确答案:答案:D1适用范围:该公式只适用于导体切割磁感线运动的情况适用范围:该公式只适用于导体切割磁感
8、线运动的情况2对对“”的理解:公式的理解:公式EBlvsin中的中的“”为为B与与v方向间方向间 的夹角,当的夹角,当90(即即B v)时,时,EBLv.3对对l的理解:公式的理解:公式EBlvsin中的中的l为有效切割长度,即导体为有效切割长度,即导体 在与在与v垂直的方向上的投影长度,如图垂直的方向上的投影长度,如图921所示,有效所示,有效 长度长度l分别为:分别为:(甲甲)图:图:lcdsin;(乙乙)图:沿图:沿v1方向运动时,方向运动时,lMN沿沿v2方向运动时,方向运动时,l0;(丙丙)图:沿图:沿v1方向运动时,方向运动时,l R沿沿v2方向运动时,方向运动时,l0沿沿v3方向
9、运动时,方向运动时,lR.4公式公式EBlvsin中的中的v若为瞬时速度,则若为瞬时速度,则E为瞬时电动为瞬时电动 势;当势;当v为平均速度,为平均速度,E为平均电动势为平均电动势图图9212(2009山东高考山东高考)如图如图922所示,所示,一导线弯成半径为一导线弯成半径为 a的半圆形闭合回路的半圆形闭合回路 虚线虚线MN右侧有磁感右侧有磁感 应强度为应强度为B的匀强磁的匀强磁 场,方向垂直于回路所在的平面回路以速度场,方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向向 右匀速进入磁场,直径右匀速进入磁场,直径CD始终与始终与MN垂直从垂直从D点点 到达边界开始到到达边界开始到C点进入磁场为止,下列
10、结论正确点进入磁场为止,下列结论正确 的是的是 ()图图922A感应电流方向不变感应电流方向不变BCD段直导线始终不受安培力段直导线始终不受安培力C感应电动势最大值感应电动势最大值EmBavD感应电动势平均值感应电动势平均值 Bav解析:解析:导体切割磁感线产生电动势,由右手定则可知,感导体切割磁感线产生电动势,由右手定则可知,感应电流方向不变,应电流方向不变,A正确正确感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势,感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势,故故EmBav,C正确正确 B a2 t 由由得得 Bav,D正确正确答案:答案:ACD通通电电自感自感断断电电自感自感电
11、电路路图图通通电电自感自感断断电电自感自感器材器材要求要求A1、A2同同规规格,格,RRL,L较较大大L很大很大(有有铁铁芯芯)现现象象在在S闭闭合瞬合瞬间间,灯,灯A2立即亮起来,灯立即亮起来,灯A1逐逐渐变渐变亮,最亮,最终终一一样样亮亮在开关在开关S断开断开时时,灯,灯A渐渐渐渐熄熄灭灭或或闪闪亮一亮一下再熄下再熄灭灭通通电电自感自感断断电电自感自感原原因因由于开关由于开关闭闭合合时时,流,流过电过电感感线线圈的圈的电电流增流增大,使大,使线线圈圈产产生自感生自感电动势电动势,阻碍了,阻碍了电电流流的增大,使流的增大,使流过过灯灯A1的的电电流比流流比流过过灯灯A2的的电电流增加得慢流增
12、加得慢S断开断开时时,线线圈圈L产产生自感生自感电电动势动势,阻碍了,阻碍了电电流的减小,流的减小,使使电电流流继续继续存在一段存在一段时间时间;灯灯A中中电电流反向不会立即熄流反向不会立即熄灭灭若若RLIA,则则A灯熄灯熄灭灭前要前要闪闪亮一下;亮一下;若若RL RA,原来的,原来的电电流流IL IA,则则灯灯A逐逐渐渐熄熄灭灭不再不再闪闪亮亮一下一下通通电电自感自感断断电电自感自感能量能量转转化情况化情况电电能能转转化化为为磁磁场场能能磁磁场场能能转转化化为电为电能能1通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流 方向相反,此时含线圈方向
13、相反,此时含线圈L的支路相当于断开的支路相当于断开2断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同,在与断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同,在与 线圈串联的回路中,线圈相当于电源,它提供的电流从原线圈串联的回路中,线圈相当于电源,它提供的电流从原 来的来的IL逐渐变小但流过灯逐渐变小但流过灯A的电流方向与原来相反的电流方向与原来相反3自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停 止,更不能使过程反向止,更不能使过程反向3在图在图923所所 示的电路中,带铁芯的、示的电路中,带铁芯的、电阻较小的线圈电阻较小的线圈L与灯与灯A 并联,合上电键
14、并联,合上电键S,灯,灯A 正常发光,则下列说法正常发光,则下列说法 正确的是正确的是 ()图图923A当断开当断开S时,灯时,灯A立即熄灭立即熄灭B当断开当断开S时,灯时,灯A突然闪亮后熄灭突然闪亮后熄灭C若用电阻值与线圈若用电阻值与线圈L相同的电阻取代相同的电阻取代L接入电路,当断接入电路,当断 开开S时,灯时,灯A立即熄灭立即熄灭D若用电阻值与线圈若用电阻值与线圈L相同的电阻取代相同的电阻取代L接入电路,当断接入电路,当断 开开S时,灯时,灯A突然闪亮后熄灭突然闪亮后熄灭解析:解析:当当S断开时,线圈断开时,线圈L产生自感电动势,和产生自感电动势,和A形成回路,形成回路,又线圈又线圈L电
15、阻较小,故电阻较小,故A突然闪亮后熄灭若用电阻代替线突然闪亮后熄灭若用电阻代替线圈圈L,则无自感现象,断开,则无自感现象,断开S时,灯时,灯A立即熄灭选项立即熄灭选项B、C正确正确答案:答案:BC (2010宁波模拟宁波模拟)如图如图924所示,金属杆所示,金属杆ab可在平可在平行金属导轨上滑动,金属杆电阻行金属导轨上滑动,金属杆电阻R00.5,长为,长为L0.3 m,导轨,导轨一端串接一电阻一端串接一电阻R1,匀强磁,匀强磁场磁感应强度场磁感应强度B2 T,在,在ab以以v5 m/s向右匀速运动的过程向右匀速运动的过程中,求:中,求:图图924(1)ab间感应电动势间感应电动势E和和ab间的
16、电压间的电压U;(2)金属杆上所加沿导轨平面的水平外力金属杆上所加沿导轨平面的水平外力F的大小;的大小;(3)在在2 s时间内电阻时间内电阻R上产生的热量上产生的热量Q.思路点拨思路点拨本题属于导体切割磁感线产生电动势的计算,本题属于导体切割磁感线产生电动势的计算,应用应用EBlv和闭合电路的欧姆定律求解和闭合电路的欧姆定律求解课堂笔记课堂笔记(1)根据公式:根据公式:EBLv3 VI ,UIR2 V(2)FF安安,F安安BIL1.2 N(3)方法一:方法一:QRI2Rt8 J方法二:方法二:2秒内产生的总热量秒内产生的总热量Q等于安培力做的功等于安培力做的功QF安安vt12 J电阻电阻R上产
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